بهبود عملکرد زیرسیستم کنترل گرمایی ماهواره با استفاده از رادیاتور هوشمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 مربی، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره ،پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

چکیده

استفاده از تجهیزاتی کارآمد با هدف کاهش جرم و افزایش کارایی در زیرسیستم کنترل گرمایی ماهواره های کوچک ضروری است. رادیاتورهای هوشمند ابزاری مفید در این زمینه می باشند. ضریب صدور این رادیاتورها به صورت تابعی از دما یا ولتاژ تغییر می کند که باعث کاهش توان مصرفی گرمکن ها می شود. در مقاله حاضر ابتدا رفتار عملکردی رادیاتور هوشمند مدل­سازی می شود و سپس در طراحی زیرسیستم کنترل گرمایی یک ماهواره کوچک مورد استفاده قرار می­گیرد و نتایج آن با رادیاتورهای ساده مقایسه می­شود. برای اعمال فرآیند کنترل گرمایی نیز از روش تناسبی_انتگرالی غیرخطی استفاده شده است. در این روش دمای هربخش به عنوان متغیر حالت و گرم کننده ها به عنوان عملگر در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان می دهند که استفاده از کنترلگر تناسبی-انتگرالی غیر خطی نسبت به مدل کلاسیک آن نتایج بهتری می­دهد. همچنین نتایج نشان می دهد که استفاده از رادیاتور هوشمند بطور چشم گیری باعث کاهش مصرف توان توسط گرمکن ها می شود. به نحوی که برای باتری در حدود 7% و برای صفحه بالایی حدود 27% توان مصرفی گرمکن کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Gilmore D. G., Spacecraft thermal control handbook. Ed. Martin Donabedian. Aerospace Press, 2003.
  • Wilfried L., Wittmann K. and Hallmann W., eds. Handbook of space technology. John Wiley & Sons, New York,
  • بلندی ح.، دانشجو ک. و شرکت معصوم م.ع.، مقدمه­ای بر اصول طراحی ماهواره. شرکت صنایع الکترونیک ایران، تهران، 1378.
  • Yu-Dong F., Zhi-Min W., Ya-Li M., and Fu-Jia, Z., Thin film design for advanced thermochromic smart radiator devices. Chinese Physics, Vol. 16 No.1, p. 1704, 2007.
  • Karam R., Satellite thermal control for systems engineers. American Institute of Aeronautics and Astronautics,1998.
  • Haddad E., Kruzelecky R. V., Wong , Jamroz W., Soltani M., Benkahoul M. and Poinas P., Multilayer tuneable emittance coatings with low solar absorptance for improved smart thermal control in space applications. SAE Technical Paper, No. 2009-01-2575, 2009.
  • Granqvist C.G., Electrochromic tungsten oxide films: review of progress 1993–1998. Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 60, No. 3, pp.201-262, 2000.
  • Tachikawa S., Shimazaki K., Ohnishi A., Hirosawa H., Shimakawa Y., Ochi A., Okamoto A. and Nakamura Y., Smart radiation device based on a perovskite manganese oxide. European space agency-publications-esa sp, Vol. 540, pp.41-48, 2003.
  • Lafort A., Kebaili H., Goumri-Said S., Deparis O., Cloots R., De Coninck J., Voué M., Mirabella F., Maseri F. and Lucas, S., Optical properties of thermochromic VO2 thin films on stainless steel: Experimental and theoretical studies. Thin Solid Films, Vol. 519, No. 10, pp.3283-3287, 2011.
  • Kuo C.G., Chou C.Y., Tung Y.C. and Chen J.H., Experimental study of the electrochromic properties of WO3 thin films derived by electrochemical method. Journal of Marine Science and Technology, Vol. 20, No. 4, pp.365-368, 2012.
  • Hendaoui A., Émond N., Dorval S., Chaker M. and Haddad E., VO2-based smart coatings with improved emittance-switching properties for an energy-efficient near room-temperature thermal control of spacecrafts. Solar energy materials and solar cells, Vol. 117, pp. 494-498, 2013.
  • Kruzelecky R.V., Haddad E., Jamroz W., Soltani M., Chaker M., Nikanpour D. and Jiang, X.X., Passive dynamically-variable thin-film smart radiator device. SAE transactions, pp.182-192. 2003.
  • Van Wylen Gorden. J, Sonntag R. E. and Borgnakke C., Fundamental of Thermodynamics. Jon Wiley & Sons, United State of America, 2003.
  • Bergman T.L., Incropera F.P., DeWitt D.P. and Lavine A.S., Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, 2011.
  • Noordwijk K., Satellite Thermal Control Engineering. European Space Agency, Netherland, 2004.
  • احمدی س. س.، و کراری م.، شناسایی سیستم های غیر خطی. دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، 1392.
  • شیدفر ع. و شاهرضائی ع.، ریاضیات مهندسی پیشرفته. مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران،
  • Ali Akbar Khayyat, A., Force tracking of hydraulic manipulators within an impedance control framework, PhD. Thesis, University of Manitoba, 2001.
  • Soltani M., Chaker M., Haddad E., Kruzelecky R.V. and Margot J., Effects of Ti–W codoping on the optical and electrical switching of vanadium dioxide thin films grown by a reactive pulsed laser deposition. Applied physics letters, Vol. 85, No. 11, pp.1958-1960, 2004.
  • Benkahoul M., Chaker M., Margot J., Haddad E., Kruzelecky R., Wong B., Jamroz W. and Poinas, P., Thermochromic VO2 film deposited on Al with tunable thermal emissivity for space applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 95, No. 12, pp.3504-3508, 2011.
  • Hendaoui A., Émond N., Dorval S., Chaker M. and Haddad E., Enhancement of the positive emittance-switching performance of thermochromic VO2 films deposited on Al substrate for an efficient passive thermal control of spacecrafts. Current Applied Physics, Vol. 13, No. 5, pp. 875-879,2013.
  • Haddad E., Kruzelecky R.V., Wong B., Jamroz W., Soltani M. and Chaker M., Multi-function Tuneable Emittance Smart Coatings for Thermal Control in Harsh Space Environment, SAE Technical Paper, No. 2006-01-2263, 2006.
  • Athanasopoulos N. and Siakavellas N., Variable emissivity through multilayer patterned surfaces for passive thermal control: preliminary thermal design of a Nano-satellite. In 48th International Conference on Environmental Systems, Albuquerque, New Mexico, 2018.
  • Veisi Khanghahi I., Fakoor M. and Shahryari M., Optimal Layout Design of a Satellite Considering Thermal Control Subsystem Constraints. Modares Mechanical Engineering, Vol. 19, No. 8, pp.1959-1969, 2019.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 52، شماره 1 - شماره پیاپی 98
اردیبهشت 1401
صفحه 79-87

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار